Синтетические корунды

Синтетические корунды

Год рождения синтетического рубина - 1910 г. В лаборатории французского химика А.Е. Александра были получены искусственные рубины ювелирного качества по методу, предложенному Вернейлем в 1891 г. С этого времени этот метод стал промышленным. Сырьем для синтеза корунда служит тонкоизмельченный порошок окиси алюминия, получаемый при кальцинации аммоний-алюминиевых квасцов. Для окрашивания кристаллов добавляют окислы переходных металлов в концентрациях 0,1 — 2,0%: окись хрома для рубина, окиси железа и титаната для сапфира, окиси никеля для желтого корунда, окиси кобальта для зеленого корунда и окиси ванадия для псевдоалександрита. Некоторые зарубежные фирмы (’’Линде” в США, ’’Видерс Карбидвекр” в ФРГ) с 1947 г. начали промышленное изготовление ’’звездчатых” сапфиров и рубинов. Эффект астеризма получается при добавке в исходное сырье небольшого количества (около 03 %) окиси титана. После синтеза полученные кристаллы отжигают длительное время в окислительной среде при температуре от 1100 до 1500 °С; при этом происходит пересыщение окисла титана и выделение тонких ориентированных игл рутила, которые обеспечивают известный эффект шестилучевой звезды.

Способ выращивания синтетических корундов по методу М.А. Вернейля до 1940 г. был распространен только в Европе. Им занимались такие фирмы, как ’’Sodem Dj evahirdj ian” (’’Содем Дьевайрдиан”) в Швеции, ’’Baikowski” и ’’Rubis Synthdes” (’’Байковский” и ’’Рубис синтез”) во Франции, ”Wieders Carbidwerk” (’’Видерс Карбидверк”) в ФРГ. С 1940 г. этот метод распространился в США, когда фирма ’’Линде” начала промышленный выпуск синтетических корундов.

Методом Чохральского можно получить синтетические корунды любой формы — трубчатые, стержневые, ленточные и др. Такие профилированные изделия из корундов широко применяются в технике.

Синтезируя рубины по методу флюса или гидротермальным способом, возможно получить ювелирные камни весьма высокого качества. Этими методами фирма ’’Чатэм” (США) изготавливает ювелирные рубины размером до 60 мм.

В СССР методы выращивания синтетических корундов были освоены еще в 20-х гг. В настоящее время в Институте кристаллографии АН СССР им. А.В. Шубникова разработаны и применяются новые методы синтеза корундов, при помощи которых получают изделия из корундов самой различной формы. В институте были созданы установки ”Сапфир-1М” и ”Сапфир-2М'\ в которых синтезируются корунды методом направленной кристаллизации, предложенной Х.С. Багдасаровым. Этот способ позволяет выращивать кристаллы лейкосапфира в виде пластин больших геометрических размеров с определенной заданной кристаллографической ориентацией.

Суть нового метода заключается в том, что молибденовый контейнер, заполненный исходным материалом, помещается в вакуумную печь, где его нагревают до температуры более 2000 0С. При этом расплавляется окись алюминия. Контейнер с расплавом медленно перемещается в зоны с более низкой температурой и при снижении температуры до определенного значения расплав кристаллизуется. В настоящее время этим способом получают кристаллы массой более 4 кг. Весь процесс автоматизирован, за соблюдением режимов наблюдают датчики, дающие информацию на ЭВМ, которая управляет синтезом кристаллов.

Во время в СССР освоено промышленное производство ювелирных и технических корундов. Прозрачные, тонкие, легкие трубки различного сечения и длины, полые трех-, четырех- и шестигранные призмы, нитеводители, швеллеры и уголки разных размеров из корунда — эти изделия применяются в лазерной технике, радиоэлектронике, светотехнике, химической промышленности, приборостроении. Там, где другие материалы не выдерживают высоких температур и действий агрессивных сред, используются изделия из корундов. Резцы из корунда позволяют без дополнительной заточки обработать в несколько раз большее число деталей, чем твердосплавные резцы. Сапфиры применяются даже в пищевой промышленности в виде датчиков для контроля состава сиропов, соков, жидких веществ. При этом срок работы датчика из сапфира увеличился до 2—3 лет против 3-4 месяцев работы датчика из стекла.